JPS62257131A - 液晶素子の駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、強誘電性液晶を使用したＸＹマトリックス液
晶表示素子や液晶−光シヤツターアレイ等の液晶素子で
諧調表示の出来る駆動方法に関する。

（従来の技術） 従来より、走査電極群と信号電極群をマトリックス状に
構成し、その電極間に液晶材料を充填し多数の画素を形
成して、画像あるいは情報の表示を行う液晶表示素子は
、良く知られている。この表示素子の駆動方法としては
、走査電極群に順次周期的にアドレス（３号を選択印加
し、信号電極群には所定の情報信号をアドレス信号と同
期させて並列的に選択印加する時分割駆動が採用されて
いるが、この表示素子及びその駆動方法には以下に述べ
るような致命的欠点がある。

即ち、画素密度を高く、或いは画面を大きくするのが難
しいことである。従来の液晶の中で応答速度が比較的速
く、しかも消費電力が小さいところから、表示素子とし
て実用に供されているのは殆どが、ツィステッドネマチ
ック型の液晶を用いた表示物である。この型の液晶を用
いてマトリックス型電極構造によって表示素子を構成し
た場合、走査電極と信号電極が共に選択される領域（以
下選択点と略）には、液晶分子を電極面に垂直にさせる
に要する闇値以上の電圧が印加され、走査電極と信号電
極が共に選択されない領域（以下非選択点と略）には電
圧が印加されず、したがって液晶分子は電極面に対して
並行な安定配列を保っている。このような液晶セルの上
下に互いにクロスニコル関係にある直線偏光子を配置す
ることにより、選択点では光が透過せず、非選択点では
光が透過するため、画像表示が可能となる。然しこれら
、マトリックス電極構造を構成した場合には、走査電極
が選択され、信号電極が選択されない領域、或いは信号
電極が選択され、走査電極が選択されない領域（以下半
選択点と略）にも有限に電圧が印加されてしまう。選択
点にかかる電圧と、半選択点にかかる電圧の差が充分に
大きく、液晶分子を電極面に垂直にさせるに要する電圧
闇値がこの中間の電圧値に設定されるならば、表示素子
として適切に動作するわけであるが、走査線数（Ｎ）を
増やして行った場合、画面全体（１フレーム）を走査す
る間に１つの選択点に有効な電界がかかつている時間（
デユーティ−比）が１／Ｎの割合で減少してしまう。こ
のために、繰り返し走査を行った場合の選択点と非選択
点にかかる実効値としての電圧差は、走査線数が増えれ
ば増える程小さくなって閣値電圧に近すき、結果的には
画像コントラストの低下やクロストークが避けがたい欠
点となっている。この点を改良するために、電圧平均化
法、２周波駆動法や、多重マトリックス法なども考えら
れてはいるが、いずれの方法でも不十分であった。

そのため、これらの欠点を改善するものとして、メモリ
ー性を有する液晶素子についてＣ１ａｒｋとＬａｇｅｒ
ａｌｌにより特開昭５６−１０７２１６号公報に提案さ
れている。これは強誘電性液晶を使用するもので特にカ
イラルスメクチックＣ相、カイラルスメクチックＨ相を
呈する液晶等が知られている。この強誘電性液晶を使用
する液晶素子の印加電圧に対する応答速度は非常に高速
で、十分な大きさの電界を印加すれば１０−６秒オーダ
ーのパルス幅を持つ電圧パルスにも応答する。またメモ
リー性を有しているため、走査線数が増えても画像コン
トラストの低下がない表示が可能である。

ところが諧調表示を含めたＸＹＹマトリツクス駆動に関
して具体的にどのような電圧を印加して動かせば良いの
か明らかにされていなかった。

（発明の目的） 本発明の目的は印加電圧と強誘電性液晶の光透過状態と
の関係を明らかに刷ることにより任意の光透過状態を高
速で得ようとするものであり、かつ駆動中に印加される
一方通行的な直流成分を相殺するような駆動方式を採る
ことにより、強誘電性液晶の劣化を防ぐことができるＸ
Ｙマトリックス型型読誘電性液晶素子駆動方法を提供す
ることにある。

（発明の構成） 上記目的を達成する本発明の特徴とするところは、液晶
素子の光透過率の状態を定めるパルス電圧を時間軸方向
で分割して短時間のパルス電圧を必要な回数だけ連続し
て所定周期で強誘電性液晶に印加し任意の光透過率の状
態を得るＸＹマトリックス型型読誘電性液晶素子駆動方
法であり、特に短時間のパルス電圧の中でこの直流成分
と等しくかつ逆極性の直流成分をこの短時間のパルス電
圧と連続的に強誘電性液晶に印加することによって、表
示内容による変化もなく強誘電性液晶に印加される電圧
の平均値が零になり、かつ強誘電性液晶の特徴でもある
メモリー性により保持している前走査の表示内容を必要
量だけ消去する短時間のパルス電圧を付加した信号電圧
を周期的に加えることで高速、諧調表示のできることを
特徴とするＸＹマトリックス型型読誘電性液晶素子駆動
方法である。

（発明の詳細な 説明を以下の実施例に基いて説明する。

第２図に示すように、一対のガラス基板２１１゜２２１
の対向面に厚さ５００〜１０００人の酸化インジュウム
（ＩｎｚＯ３）、酸化スズ（ＳｎＯ。

）、またねこれらの混合物等からなる表示電極２１２．
２２２設け、さらに厚さ１００〜１０００人のポリイミ
ド樹脂）（ＬＩｌｏｏ（日立化成■製部品名）配向膜２
１３を必要に応じて設は基板２１１，２２１のギャップ
（約０．５μ）間に、強誘電性液晶であるＣ５−１０１
１（＠チッソ製商品名）２１６を室温で封入、挟持する
。尚、２１５は強誘電性液晶２１６を封止するための封
止剤である。当然ながら、配向膜２１３は、強誘電性液
晶分子の螺旋軸が、基板２１１に略平行になるように配
向処理されている。さらに、基板２１２，２２１の表示
電極２１２．２２２が設けられていない面に偏光板２１
４，２２４を隣接させる。

第３図（ａ）に示す様に偏光板２１４の偏光軸方向３１
１と偏光板２２４の偏光軸方向３２１をクロスニコル関
係を持たせるように略直交させる。さらに一方の偏光板
の偏光軸方向を、強誘電性液晶２１６の飽和電界ＩＥＩ
以上の電界を印加したきの強誘電性液晶分子３１３の螺
旋軸方向３１２と略一致させる。

第３図（ａ）では、偏光板２１４の偏光軸方向３１１を
、紙面の手前から紙面をつらぬく方向３０１に電界Ｅを
印加したときの螺旋軸の方向と一敗させクロスニコル関
係を持たせている。尚、以後、この方向の電界を負の符
号をつけて−Ｅと表し、さらに、第２図に示す構造の液
晶素子を例にとって説明するが、本発明はこれに限定さ
れるものではない。

第３図（ａ）は−Ｅの電界を印加した場合を示しており
、このとき紙面手前から入射した光は、上側偏光板２１
４により偏光軸方向３１１に偏光され、強誘電性液晶分
子３１２の長軸方向にのみ振動成分をもつ直線偏光とな
り、長軸方向の屈折率ｎ　Ｉｆに従って直線偏光のまま
液晶層を通過する。その後、下側偏光板２２４に入射す
るが、この偏光板２２４の偏光軸方向３２１と偏光り１
３１４の偏光軸方向３１１は垂直であるから、光は遮断
され、表示素子では暗く見える。また、第３図（ｂ）は
十Ｅの電界を印加した場合を示しており、このとき強誘
電性液晶分子３２３の長軸は、上下偏光板２１４．２２
４の偏光軸３１１．３２１のどちらとも一致しない方向
３２２を向いている。この場合、上側偏光板２１４によ
り直線偏光となった光のうち強誘電性液晶分子３２３の
長軸方向の成分は、長軸方向の屈折率ｎ１１、短軸方向
の成分は、短軸方向の屈折率ｎ上にしたがって液晶層２
１６を通過するので液晶層２１６を通過した光はだ円偏
光となる。よって下側偏光板を透過する光成分を有する
ため、表示素子では明るく見える。

このようにして、電界十Ｅ、−Ｅの印加により明暗の切
り換えができ、表示素子、光シヤツター、偏光素子とし
て機能し得る。なお液晶、配向膜、両電極基板間のギャ
ップを調整することにより光の透過、非透過状態を一度
十Ｅ、−Ｅの印加により既定したならば、電界が印加さ
れ続けなくても、その状態を保持する、メモリー性を発
現する。

また本現象をここでは、強誘電性液晶の電気光学効果と
呼ぶこととする。

この電気光学効果をくわしく調べた結果、第４図に示す
ような特性を持つことが明らかになった。

まず、強誘電性液晶に加わる印加電圧ＶＬＣを横軸とし
、該表示素子を透過する光の明るさＩを縦軸とする。

そこで、印加電圧ＶＬＣによる電界を−Ｅから上げて行
くと＋Ｅｃ（闇値電界）から徐々に光が透過するように
なり・１−Ｅ（飽和電界）で飽和する。

今度は、そこから印加電圧ＶＬＣを下げて行くと−Ｅｃ
まで光は透過状態を続け、その後徐々に光が透過しすら
（なり−Ｅで飽和する。

次に、パルス電圧に対する応答特性を調べた。

印加するパルス電圧の電圧ｖｐを紙面の手前から紙面の
奥へ貫く方向の軸とし、パルス電圧の印加時間ＴＰを２
．５　Ｘ　１０−’秒として、該表示素子を遇遇する光
の明るさ■の時間Ｔに対する変化を測定して第５［ＩＪ
（ａ）に示すような三次元グラフで現わされる結果を得
た。　次に、パルス電圧の印加時間ＴＰを紙面の手前か
ら紙面の奥へ貫く方向の軸とし、該表示素子を透過する
光の明るさ■の時間Ｔに対する変化を測定して第５図（
ｂ）に示すような三次元グラフで現わせれる結果を得た
。

また、連続するパルス電圧に対する応答特性を調べた。

印加するパルス電圧のパルスとパルスの間の時間をＴＳ
として、該表示素子を透過する光の明るさＩの時間Ｔに
対する変化を測定して第６図のような結果を得た。

以上の結果から、 （ｉ）強誘電性液晶素子のメモリー性と闇値が確認でき
た。本実施例に使用した素子においては、１Ｅｌ＝５〜
ＩＯＶで　ＥＣ−１〜３ｖであった。

（１１）強誘電性液晶素子では、パルス電圧の電圧ＶＰ
と、パルス電圧の印加時間ＴＰの何れか、または両方を
調整することにより任意の光透過率を得、かつ該素子に
メモリーさせる事ができる。本実施例に使用した素子に
おいては、印加電圧ＶＬＣをＶＬＣ＝１５Ｖ印加したと
きの最小応答時間ＴＳは、第５図（ｂ）で８１と示した
よう！、０．１ｍ５ｅｔ：程で透過光の強さが飽和する
時間ＴＰは、Ｓ２と示したように２．５ｍＳｅ［’程度
であった。

（ｉｉｉ　）強誘電性液晶素子では、低い電圧または、
短い時間のパルス電圧で、何回にも分けて電界を変化さ
せることにより任意の光透過率を得、かつ該素子にメモ
リーさせる事ができる。しかし液晶、配向膜、両電極基
板間のギヤツブなどの組合せによっては、印加するパル
ス電圧のパルスとパルスの間の時間ＴＳが長くなるとメ
モリーされている状態に応じた、ある程度以上の電界が
印加されないと異なる光透過率の状態には移行しない強
誘電性液晶素子もある。

以上のような性質と液晶素子では、駆動中に一方通行的
な直流成分が印加されると電気化学反応によって液晶素
子の劣化が促進され寿命低下をきたすのであり、この対
策とＸＹＹマトリツクス線順次走査駆動であることへの
工夫および前走査時の表示メモリーの消去について考え
た。そして以下の駆動方法によりＸＹマトリックス型型
読誘電性液晶素子の諧調表示が可能となった。

まず第７図のように印加するパルス電圧の直流分に等し
い逆極性の電荷を闇値電圧　ＥＣより低い電圧であるパ
ルスを、実際に強誘電性液晶を動かすパルス電圧の前後
に割り振ることにより、一方通行的な直流成分を相殺す
るような駆動電圧信号とするものであり、この電圧信号
の充分に短時間のものを単位ユニットとした。　この単
位ユニットには逆極性のＯＮとＯＦＦの二つがある。

このようにすれば所定周期内に強誘電性液晶に印加され
る電荷量の平均値を零にする駆動電圧信号となり、直流
成分による電気化学反応により液晶素子を劣化させない
のである。

次に第８図のように前走査時にメモリーされた内容を次
の表示に影響及ぼさない程度まで消去するのに必要な回
数骨のＯＦＦユニットを印加するための消去時間Ｔｃ１
ｓＯ中にＯＦＦユニットをならべて、以前の表示を消去
し、次に光透過率が飽和されるまで強誘電性液晶を動か
すのに必要なＯＮユニットを並べられる時間Ｔｆｕｌｌ
の中に、望む光透過率（諧調表示）に強誘電性液晶を動
かしメモリーさせるのに必要なＯＮユニットを並べ残り
のＴｆｕｌｌをうめるためのＯＦＦユニットをＯＮユニ
ットの前に並べる。このようにすれば液晶表示素子に所
望の、８！ａ調濃度をもった新しい表示内容をメモリー
させることができる。またその画素が選択されていない
ときには、闇値電圧　ＥＣ以下の電圧で単位ユニット時
間内の実効値が零の信号しか印加されないように電圧を
Ｘ、Ｙに分割してみると第１図のように考えられた。こ
れはＯＮユニットまたはＯＦＦユニットの波形を８個並
べることにより明状態から暗状態または暗状態から明状
態へ完全反転できるようにした例であり８諧調まで表示
できるものについて例示した。また液晶素子の特性によ
っては消去時間Ｔｃ１ｓを短くしてもよい。

Ａは画素選択電極ＣＯＭ　１と表示信号電極５ＥＧｌの
電気信号によって液晶に印加された電圧でこの信号によ
り１００％暗状態となる。ＢはＣ０Ｍ２と５ＥＧＩの電
気信号によって液晶に印加された電圧でこの信号により
１００％明状態となる。

ＣはＣＯＭＩと５ＥＧ２の電気信号によって液晶に印加
された電圧でこの信号により１００％明状態となる。Ｄ
はＣ０Ｍ２と５ＥＧ２の電気信号によって液晶に印加さ
れた電圧でこの信号により５０％暗状態となる。

（発明の効果） このようにして任意の光透過状態を高速で得ることがで
き、また印加パルス信号を分割したことにより非選択時
の画素にかかる電圧による画質の低下を抑え、かつ強誘
電性液晶の劣化を防ぐＸＹマトリックス型型読誘電性液
晶素子駆動方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の駆動方法による分割パルスをＸＹマト
リックス型型読誘電性液晶素子印加した際の諧調駆動と
、それに対応する印加した信号電圧の実施例を示す電圧
波形図であり、第２図は本発明の駆動方法に用いたＸＹ
マトリックス型型読誘電性液晶素子一例を示す断面図で
あり、第３図（ａ）（ｂ）は本発明で使用した強誘電性
液晶素子の動作原理を説明する図であり、第４図は本発
明で使用した強誘電性液晶素子への印加電圧と素子の光
透過率の関係を示す説明図であり、第５図（ａ）（ｂ）
は本発明で使用した強誘電性液晶素子への印加電圧、印
加時間と素子の光透過率の関係を説明する三次元図グラ
フ図であり、第６図は本発明の使用した強誘電性液晶素
子への印加パルス電圧と素子の光透過率の関係を示すグ
ラフ図である。 第７図（ａ）（ｂ）は本発明の駆動方法で使用する基本
駆動印加パルス電圧の２例を示す電圧波形図であり、第
８図は本発明の駆動方法で使用する単位選択時間内で画
素に印加される基本駆動パルスを組み合わせた印加パル
ス電圧波形を示す説明図である。 第６図 Ｔ（制ｅｃ） 第５図（ａ） Ｔ（情５ｅｃ） 第５図（ｂ） 丁（、＊ｇｃｃ） 第７因（ａ）　　　　　第７図（ｂ） 第８図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）対向面に走査電極群と信号電極群をマトリックス
   状に構成した一対の電極基板間に強誘電性液晶を挟持し
   てなる液晶素子を駆動する方法に於いて、該液晶素子の
   光透過状態を変化させるパルス電圧を所定周期に分割し
   てかつ所望の回数上記強誘電性液晶に印加して諧調表示
   を行うとともに、上記所定周期内に上記強誘電性液晶に
   印加される電流量の平均値を零にする電圧信号を上記強
   誘電性液晶に印加することを特徴とする液晶素子の駆動
   方法。
2. （２）特許請求の範囲第（１）項に於いて、上記電圧信
   号は、上記パルス電圧とは、逆極性でかつ実効値が等し
   い電圧信号であることを特徴とする液晶素子の駆動方法
   。
3. （３）特許請求の範囲第（１）項または第（２）項に於
   いて、上記強誘電性液晶はカイラルスメクチックＣ層液
   晶あるいはカイラルスメクチックＨ層液晶であることを
   特徴とする液晶素子の駆動方法。
4. （４）特許請求の範囲第（１）項または第（２）項また
   は第（３）項に於いて、上記液晶素子の特性に応じて、
   光透過状態を定めるパルス電圧を印加するまえに前周期
   時の表示内容を消去する為のパルス電圧を印加すること
   を特徴とする液晶素子の駆動方法。